搅拌摩擦沉积增材制造技术与装备研究进展

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作者 王诺 郭维诚 +1 位作者 杨天豪 吴重军 《宇航材料工艺》 北大核心 2025年第2期1-13,共13页

从搅拌摩擦沉积增材(AFSD)成形机制的角度,总结了增材过程中材料温度演变、塑性流动和微观组织变化的研究成果,深入探讨了增材道次和工艺参数对AFSD增材件力学性能的影响,并对国内外AFSD增材工具及装备的研制进展进行了详细介绍,为AFSD... 从搅拌摩擦沉积增材(AFSD)成形机制的角度,总结了增材过程中材料温度演变、塑性流动和微观组织变化的研究成果,深入探讨了增材道次和工艺参数对AFSD增材件力学性能的影响,并对国内外AFSD增材工具及装备的研制进展进行了详细介绍,为AFSD的应用前景与发展方向提供了新思路。 展开更多

关键词 搅拌摩擦沉积增材 热变形 塑性流动 微观组织特性 力学性能

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搅拌摩擦沉积增材2219铝合金组织及性能 被引量：2

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作者 王瑞林 杨新岐 +3 位作者 唐文珅 罗庭 赵耀邦 窦恩惠 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期152-162,共11页

在主轴转速250~350 r/min、横向移动速度50~150 mm/min工艺参数下进行2219-T87铝合金搅拌摩擦沉积增材(additive friction stir deposition,AFSD)实验,探究工艺参数与多层热循环对沉积层宏观成形、微观组织和力学性能的影响。结果表明:... 在主轴转速250~350 r/min、横向移动速度50~150 mm/min工艺参数下进行2219-T87铝合金搅拌摩擦沉积增材(additive friction stir deposition,AFSD)实验,探究工艺参数与多层热循环对沉积层宏观成形、微观组织和力学性能的影响。结果表明:在主轴转速250 r/min,移动速度100 mm/min工艺参数下可获得成形良好的单道16层增材试样。增材区晶粒尺寸发生显著细化,在4~6μm之间,细小等轴晶组织取代沉积棒料粗大的无规则晶粒组织。增材试样发生剧烈的动态再结晶,整体再结晶晶粒在80%以上,试样底部(第1层)受到多次热循环影响,再结晶晶粒达到91.8%。增材区域织构基本由Cube、Copper、P和RtB四种再结晶织构以及S、T和Brass织构构成。增材试样的硬度和抗拉强度相比于沉积棒料都明显降低,其中,第16层沉积层硬度最大为80HV,约为沉积棒料母材的55.6%;第1~8层沉积层硬度均匀在60HV。增材区水平(longitudinal direction,LD)方向第9~16层和1~8层的平均抗拉强度分别为243.0 MPa和219.3 MPa,约为母材的60.0%和52.9%;平均伸长率为19.4%和24.5%,分别约为母材的181.1%和229.0%。增材试样LD方向断裂模式均为韧性断裂。 展开更多

关键词 搅拌摩擦沉积增材 2219-T87铝合金 微观组织 力学性能

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6061铝合金搅拌摩擦沉积增材修复工艺及修复区性能

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作者 程龙 杨新岐 +2 位作者 唐文珅 罗庭 王瑞林 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期12-23,共12页

为了探讨修复工艺及模拟凹槽缺陷尺寸对搅拌摩擦沉积增材(additive friction stir deposition,AFSD)修复区组织及性能影响规律,对5 mm厚AA6061-T6板进行AFSD修复工艺试验.结果表明,对于3 mm深度、6~24 mm不同宽度凹槽缺陷,采用主轴转速4... 为了探讨修复工艺及模拟凹槽缺陷尺寸对搅拌摩擦沉积增材(additive friction stir deposition,AFSD)修复区组织及性能影响规律,对5 mm厚AA6061-T6板进行AFSD修复工艺试验.结果表明,对于3 mm深度、6~24 mm不同宽度凹槽缺陷,采用主轴转速400 r/min、移动速度150~300 mm/min修复工艺均能实现沉积层与基板的有效冶金连接.当凹槽宽度小于送料棒直径时,可以获得完全致密无缺陷的修复区;修复区附近可划分为修复沉积区、热力影响区、热影响区及母材.沉积区完全由细小等轴晶组成,晶粒尺寸相当于基材晶粒尺寸的9.1%~12.8%;在沉积区内主要强化相β"相几乎全部溶解,平均硬度为母材硬度的71.6%.在400 r/min和300 mm/min工艺下,凹槽宽度12 mm修复态力学性能最佳,抗拉强度和断后伸长率分别为197.4 MPa和10.92%,试样均断裂于母材热影响区与热力影响区的交界处,具有韧性断裂模式.当凹槽宽度为24 mm大于送料棒直径时,在400 r/min和150 mm/min工艺下力学性能最佳,修复态抗拉强度和断后伸长率分别为178.9MPa和7.74%,此时产生于沉积层与基材结合界面的弱连接是影响修复性能关键因素. 展开更多

关键词 搅拌摩擦沉积增材(AFSD) 6061-T6铝合金 修复工艺 力学性能

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2219-T8铝合金搅拌摩擦沉积增材初始进料阶段数值模拟研究 被引量：1

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作者 杨天豪 王诺 +1 位作者 郭维诚 戴园城 《制造技术与机床》 北大核心 2024年第6期114-120,共7页

研究了高强铝合金2219-T8在搅拌摩擦沉积过程中初始进料阶段的温度、应变和塑性流动,并深入探讨了主轴转速和进料速度对材料流动性的影响规律。采用Arrhenius材料定律建立了三维有限元热力学模型。实验结果表明,在不同的工艺参数下,同... 研究了高强铝合金2219-T8在搅拌摩擦沉积过程中初始进料阶段的温度、应变和塑性流动,并深入探讨了主轴转速和进料速度对材料流动性的影响规律。采用Arrhenius材料定律建立了三维有限元热力学模型。实验结果表明,在不同的工艺参数下,同一区域的沉积时间存在差异。在当前工艺参数设定下,主轴转速为350 r/min,进料速度为0.2 mm/s时,沉积速度最快,增材效率最高;随着主轴转速的增加,进料杆的升温速率增大,材料发生塑性变形的最高温度增加,应变速率也增大;随着进料速度的增加,材料流动性减弱,填补中空旋转工具与基板之间的间隙所需时间增加。 展开更多

关键词 搅拌摩擦沉积增材 数值模拟 温度场 等效塑性应变

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搅拌摩擦沉积增材技术研究进展 被引量：10

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作者 陈刚 武凯 +3 位作者 孙宇 贾贺鹏 朱志雄 胡峰峰 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期52-63,共12页

搅拌摩擦沉积增材(additive friction stir deposition,AFSD)技术是一种新兴固相增材制造技术,采用金属棒材、粉材、丝材为增材材料,增材过程中依靠增材材料与板材摩擦产生摩擦热以及材料剧烈变形产生的塑性变形热形成黏塑性沉积层,沉... 搅拌摩擦沉积增材(additive friction stir deposition,AFSD)技术是一种新兴固相增材制造技术,采用金属棒材、粉材、丝材为增材材料,增材过程中依靠增材材料与板材摩擦产生摩擦热以及材料剧烈变形产生的塑性变形热形成黏塑性沉积层,沉积层逐层堆积形成三维实体结构件;基于其固相特征,具有熔覆增材技术不可比拟的优势,目前已成为增材制造领域的研究热点。本文从设备研制、微观组织演变、材料流动特性、力学性能变化四个方面综述了AFSD技术最新国内外研究进展;分析了该技术应用于工程实际的可行性,展望了在增材制造、材料修复、零件加固、制造金属涂层领域的应用前景;最后指出了产热机制、材料流动特性、辅助优化工艺、智能化设备研制等为未来的研究方向。 展开更多

关键词 搅拌摩擦沉积增材 微观组织演变 材料流动特性 力学性能变化

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搅拌摩擦沉积固态增材AA6061铝合金不同沉积层腐蚀行为研究

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作者 娄云天 余志豪 +3 位作者 常卫卫 钱鸿昌 郭达伟 张达威 《表面技术》 北大核心 2025年第8期84-95,共12页

目的研究增材摩擦搅拌沉积(Additive Friction Stir Deposition,AFSD)工艺及T6热处理对AA6061铝合金多层沉积样件不同层位金属间化合物分布及其耐蚀性能的影响。方法采用AFSD工艺制备AA6061铝合金沉积试样,并对其进行T6热处理。分别从... 目的研究增材摩擦搅拌沉积(Additive Friction Stir Deposition,AFSD)工艺及T6热处理对AA6061铝合金多层沉积样件不同层位金属间化合物分布及其耐蚀性能的影响。方法采用AFSD工艺制备AA6061铝合金沉积试样,并对其进行T6热处理。分别从上、中、下层取样,结合扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、和ImageJ图像处理,研究各层析出相的种类与分布特征。通过电化学阻抗谱(EIS)分析腐蚀行为,并辅以XRD与CLSM等手段表征腐蚀产物和腐蚀坑形貌。结果固态增材试样和热处理后的试样内部主要包含Mg2Si和AlFeSi两种金属间化合物。与母材棒相比,AA6061铝合金增材试样内部金属间化合物尺寸明显细化,分布更加均匀且数量显著增加。热处理后金属间化合物的数量相比热处理前有所减少,但仍多于母材棒中的数量。由于靠下的沉积层中所受热循环次数较多,析出的金属间化合物数量明显多于上层。电化学测试结果表明,热处理前后试样的电化学阻抗结果呈现出上层>中层>下层的规律性分布。热处理导致部分金属间化合物重新融入固溶体相,热处理试样的耐蚀性明显好于热处理前的增材试样。腐蚀形貌分析也表明,下层沉积层经过浸泡实验后点腐蚀最为严重。结论AFSD试样中Mg2Si和AlFeSi析出相从上层到下层分布不均,且下层耐蚀性最差。T6热处理可减少析出相,提升耐蚀性。在实际应用中,应根据工况合理评估耐蚀性差异,优先使用T6热处理后的上层沉积区,还可结合表面防护涂层增强耐蚀能力。研究突破了以往单一性能研究的局限,创新性地从金属间化合物分布、电化学阻抗和腐蚀形貌等多个维度系统地研究了热处理前后增材试样的性能变化,以上研究结果为进一步理解AFSD固态增材铝合金腐蚀行为、开展相关的耐蚀性调控提供了数据支撑。 展开更多

关键词 搅拌摩擦沉积固态增材 铝合金 金属间化合物 腐蚀行为

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搅拌摩擦固相沉积增材制造研究现状 被引量：8

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作者 王子健 孙舒蕾 +6 位作者 肖寒 冉旭东 陈强 黄树海 赵耀邦 周利 黄永宪 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期162-177,共16页

基于搅拌摩擦焊与增材制造技术开发的搅拌摩擦固相沉积增材制造为金属增材制造提供了一种独特的固相加工路线,其具有适用材料范围广、构件综合性能良好、效率高、成本低等优点,在航空航天、武器装备等领域金属及金属基复材结构件制备方... 基于搅拌摩擦焊与增材制造技术开发的搅拌摩擦固相沉积增材制造为金属增材制造提供了一种独特的固相加工路线,其具有适用材料范围广、构件综合性能良好、效率高、成本低等优点,在航空航天、武器装备等领域金属及金属基复材结构件制备方面具有广阔的应用潜力。鉴于搅拌摩擦固相沉积增材制造的独特优势,本文首先对搅拌摩擦固相沉积增材制造技术的基本原理、完全耦合的热变形过程以及沉积层宏观成形进行了简单介绍,之后对增材沉积层微观组织演变和力学性能进行了重点论述,大量研究表明搅拌摩擦固相沉积增材制造中独特固相成形可使增材构件产生类锻造态显微组织,该技术已被逐步应用于结构件制备、修复、涂层加工等领域中。最后对搅拌摩擦固相沉积增材制造技术进行了展望,指出该技术未来需在仿真模拟、制造工艺、技术优化、质量监测、复杂构件制备等领域中进一步研究和突破。 展开更多

关键词 搅拌摩擦固相沉积增材制造 材料热变形行为 宏观成形 微观组织演变 力学性能

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6061铝合金非连续搅拌摩擦增材制造与性能研究

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作者 赵磊 王帅普 +3 位作者 武明建 吴森达 祖莉 吴志林 《精密成形工程》 北大核心 2024年第12期124-132,共9页

目的利用非连续搅拌摩擦沉积增材制造技术制备了6061铝合金并研究了z方向非连续搅拌对合金性能的影响。方法使用超景深电子显微镜分析了预热时间对沉积增材成形工艺的影响,并探究了该工艺条件下沉积层的宏/微观缺陷、材料流动及拉伸力... 目的利用非连续搅拌摩擦沉积增材制造技术制备了6061铝合金并研究了z方向非连续搅拌对合金性能的影响。方法使用超景深电子显微镜分析了预热时间对沉积增材成形工艺的影响,并探究了该工艺条件下沉积层的宏/微观缺陷、材料流动及拉伸力学性能关联规律。结果采用z方向非连续搅拌摩擦沉积增材成形工艺,在预热时间为35 s的条件下,除无横向约束的前进侧和后退侧出现了孔洞、弧形飞边及弱结合等微观缺陷外,沉积层中原料棒与凸起搅拌作用区的组织表现为高致密无孔洞的良好形态,原料棒及刀具凸起的强搅拌作用造成z方向材料流动存在差异,进而获得力学性能沿z方向具有梯度分布的完整沉积层,提高了搅拌摩擦沉积增材制造6061铝合金的成形效率。结论在相应的主轴转速(420 r/min)、平移速度(72 mm/min)、进料速度(72 mm/min)、刀具凸起高度(1.5 mm)与预热时间(35 s)工艺参数下,获得了稳定的增材沉积层,有效抑制了沉积层原料棒及凸起搅拌作用区的宏观缺陷,并使材料性能沿z方向呈梯度分布;沉积层抗拉强度达到了原料棒的57.15%;同时伸长率提升了185.8%,为高效率沉积增材及制备梯度性能构件提供了工艺借鉴。 展开更多

关键词 搅拌摩擦沉积增材 6061铝合金 宏观缺陷 材料流动 梯度力学性能

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基于摩擦搅拌的金属增材制造实验装置研制

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作者 赵磊 翁贤富 +3 位作者 王玉柱 吴森达 祖莉 吴志林 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2024年第11期73-77,共5页

为了研究工艺参数对增材摩擦搅拌沉积工艺的影响,基于摩擦搅拌工艺原理自主研制了金属增材制造实验装置。在主轴转速420 r/min、进给速度72 mm/min、移动速度72 mm/min、增材层厚3 mm、启动时间50 s的工艺条件下,对6061铝合金进行了单... 为了研究工艺参数对增材摩擦搅拌沉积工艺的影响,基于摩擦搅拌工艺原理自主研制了金属增材制造实验装置。在主轴转速420 r/min、进给速度72 mm/min、移动速度72 mm/min、增材层厚3 mm、启动时间50 s的工艺条件下,对6061铝合金进行了单层和双层增材沉积初步实验。结果表明,该实验装置实现了良好的铝合金固相增材,可用于增材制造相关领域的科学研究和实验教学工作。 展开更多

关键词 固相增材制造 增材摩擦搅拌沉积 实验装置 结构设计

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基于搅拌摩擦的金属固相增材制造研究进展 被引量：22

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作者 石磊 李阳 +2 位作者 肖亦辰 武传松 刘会杰 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期1-14,共14页

基于搅拌摩擦的固相增材制造是大型轻质合金构件成形制造的新技术,已成为国内外先进成形制造领域研究的热点之一。本文对目前国内外基于搅拌摩擦的金属固相增材制造技术及其相关工艺机理的研究现状进行了分析和总结。常见的基于搅拌摩... 基于搅拌摩擦的固相增材制造是大型轻质合金构件成形制造的新技术,已成为国内外先进成形制造领域研究的热点之一。本文对目前国内外基于搅拌摩擦的金属固相增材制造技术及其相关工艺机理的研究现状进行了分析和总结。常见的基于搅拌摩擦的固相增材制造技术可分为三类:基于搅拌摩擦搭接焊原理,使板材逐层堆积,从而获得增材构件的搅拌摩擦增材制造(friction stir additive manufacturing,FSAM)技术;采用中空搅拌头,通过添加剂(粉末或丝材)进行固相搅拌摩擦沉积的增材制造(additive friction stir deposition,AFSD)技术;采用消耗型棒材,通过棒材的摩擦表面处理,形成增材层的摩擦表面沉积增材制造(friction surfacing deposition additive manufacturing,FSD-AM)技术。重点分析了金属材料基于搅拌摩擦的固相增材制造技术的国内外研究与应用现状,对比了三类基于搅拌摩擦的固相增材制造技术的特征及其工艺优缺点。最后指出增材工艺机理、形性协同控制、外场辅助工艺改型、新材料应用和人工智能优化是基于搅拌摩擦的固相增材制造技术未来研究的重点方向。 展开更多

关键词 增材制造 固相增材制造 搅拌摩擦增材制造 搅拌摩擦沉积增材制造 摩擦表面沉积增材制造

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新型固态金属沉积工艺及军事应用 被引量：9

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作者 苟桂枝 《兵器材料科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期122-126,共5页

MELD是用于沉积金属或金属基复合材料的固态热机械工艺,不同于基于能束的金属增材制造工艺,也不同于基于片材层压的固态金属增材制造工艺,其具有可扩展、开放式操作、高沉积速度、产生近锻造微观结构、适用材料范围广、应用领域多等特点... MELD是用于沉积金属或金属基复合材料的固态热机械工艺,不同于基于能束的金属增材制造工艺,也不同于基于片材层压的固态金属增材制造工艺,其具有可扩展、开放式操作、高沉积速度、产生近锻造微观结构、适用材料范围广、应用领域多等特点,已开始在战地废金属回收再利用、高抗弹性能装甲防护涂层制备等领域获得应用,具有良好的军事应用前景。 展开更多

关键词 固态金属沉积 增材搅拌摩擦沉积 增材制造 能力 军事应用

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